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May 16, 2023

接続を確立する

Figura 1. I portautensili trasmettono il movimento dalla macchina utensile all'utensile da taglio.

図 1. ツールホルダは、工作機械から刃先自体に動きを伝達します。

ツールホルダーは、機械のスピンドルと切削工具の間の重要な接続を提供します。 彼らは、超高速で工具をしっかりと握り、過度の振れを回避し、バランスを維持する責任を負っています。Canadian Metalworking は、Big Kaiser Precision Tooling Inc. の営業およびエンジニアリング担当副社長である Jack Burley 氏に、一般的なシステムを含む工具ホルダーの基本について話しました。ちょっとした歴史と、これから起こるかもしれないこと。

Burley には 30 年以上の業界経験があります。 米国機械学会 (ASME) 技術委員会のメンバーとして、推奨されるツールホルダーの設計、提案された改善、およびメーカーから要求された変更を毎年レビューしています。

CM：ツールホルダーの基本的な仕事は何ですか？

ジャック・バーリー：ツールホルダーは、工作機械の動きを刃先そのものに伝達します。 アセンブリ全体をまとめます(図 1 を参照)。

各機械は異なる工具保持基準に従っているため、何千もの種類と適応性があります。 メーカーは、機械の自動工具交換装置とマガジンにどのような規格が採用されているかを把握または評価する必要があります。

CM：最も一般的なツールホルダのタイプは何ですか?

バーリー:一般的な急テーパタイプのホルダは 3 種類あります。 急なテーパーは 7 ～ 24 のテーパー率を持っています。これは、Y に 7 インチごとに X に 24 インチ、つまり 1 フィートあたり 3-1/2 インチのテーパーがあることを意味します。

北米で最も一般的なスタイルは CAT 40 および 50 です。(図 2a を参照) 。 これは、1970 年代後半から存在する ASME B5.50 規格に基づいています。 この規格は、自動工具交換装置を備えた工作機械の重要なユーザーである Caterpillar Inc. によって開発されました。 同社は、工作機械メーカーがツールホルダーを販売したい場合に、そのツールホルダーがどのようなものになるかを決定しました。 彼らは標準化を望んでいました。

それまでは、OEM ごとに工具の持ち方が異なっていました。 互換性はありませんでした。 いくつかのツールホルダー会社と工作機械メーカーが Caterpillar およびその他のメーカーと協力して設計を改良し、それを新しい標準にしました。

日本とアジアの工作機械メーカーはBTに落ち着きました(図 2b を参照)は、CAT 規格と同じくらい長く存在している日本工業規格 (JIS) です。 テーパー自体の径、長さはCATと同じです。 CAT および BT ツールホルダーは、手で装着する場合、同じスピンドルに収まります。 違いはツールチェンジャの機構、つまり自動ツールチェンジャがツールホルダをつかんでマガジンからスピンドルに交換する方法にあります。

図2a。 CAT と BT ツールホルダの主な違いは、シャンクの V 溝です。 2bも参照してください。

ヨーロッパの DIN 規格は CAT 設計に倣いました。 ツールホルダの寸法はCATと同じですが、測定はメートル法です。

CM：HSK ツールホルダーと何が違うのですか?

バーリー:高速機械加工は 90 年代に普及し始め、特に航空宇宙分野では、製造プロセスを使用するのではなく、ビレットから翼支柱などのモノリシック部品を機械加工するようになりました。 これらの部品を迅速に製造するために、高速機械加工が多用されました。

当時利用できた工具保持システムは、ドイツの中空テーパー シャンク、ドイツ語でホール シャフト ケーゲル (HSK) と呼ばれる、1 対 10 の比率でより浅いテーパーを持つものと比較すると、このタイプの加工には対応していませんでした。(図 3 を参照)。それ以来、HSK は ISO 仕様 (12164-1、-2) に標準化されました。 HSK ツールホルダには、小型から大型までの機械に適合するさまざまな形状のいくつかのサイズが用意されています。 たとえば、A 形は汎用加工用、E または F 形は高速加工用です。 フォームには準拠する規格に応じて異なる機能があります(図 4 を参照)。

ほとんどの場合、市場は国際的に最も一般的な HSK フォーム A に落ち着いています。 これはまさに世界唯一のツールホルダ規格の 1 つです。 日本、北米、欧州で採用されています。 こちらでも見かけますし販売もしていますが、CATテーパーツールホルダーほど一般的ではありません。

CM：切削工具の接続についてはどうですか?

バーリー:ツールホルダーの第 2 端と私が呼んでいるものは、切削工具を保持します。 ドリル、エンドミル、タップ、リーマーなどの工具は、通常、シャンクが真っ直ぐな円筒形です。

コレット チャックはドリルを保持する最も一般的な方法で、非常に小さいものから非常に大きいサイズまであります。 すべてのコレットは、さまざまなサイズのツールを保持できます。 ナットが工具をチャック内でクランプすると、通常、工具ホルダには約 0.020 インチの潰れが生じます。

たとえば、5/8 インチ。 直径 0.625 の工具用のコレットは、直径 0.620 の工具をクランプします。 0.625 が最大直径で、0.605 が最小直径になります。 コレット チャックは非常に汎用的で、多くの工具を保持できます。コレット チャックには ER 品質基準があり、コレット メーカーの独自のシステムがあり、同心度と精度を高めるためにわずかに異なる角度が設計されています。(図 5 を参照)。

コレットチャックは汎用の加工条件に適しています。 重切削のラフエンドミル加工に使用する必要があるその他の工具。

図2b。 CAT および BT ツールホルダのテーパ角度またはテーパ率は同じで、約 16 度です。

CM：コレットチャックの代替品はありますか？

バーリー:サイドロックエンドミルホルダーも工具を保持する一般的な方法です。 ストレートシャンクツールの平らな部分に止めネジが噛み合い、ホルダーに固定されます。 多くの接触を提供しますが、各ホルダーは 1 つのサイズのツールのみに適合します(図6を参照)。

クランプは非常に確実ですが、振れと剛性はあまり良くありません。 これは汎用エンドミル加工としてはかなり古い技術ですが、他の工具保持システムに比べて安価であるため、今でも人気があります。

CM：焼きばめはどのようにはまるのでしょうか？

バーリー:焼きばめ技術により、工具と工具ホルダの間に非常に強固な接続が提供されます。 ここ 20 年でかなり人気になりました。

接続プロセス中、ツーリングのボアは華氏 1,000 度まで加熱されるため、切削工具を挿入できるほど十分に膨張します。ツールホルダーが周囲温度まで冷えると (一部の焼きばめシステムには冷却機能が組み込まれています)、ツールホルダーは収縮して戻ります。元のサイズに戻り、ツールの周囲に圧縮されます(図 7 を参照) 。 この組み合わせにより、振れが極めて少なく、非常に優れた把握力が得られます。

各焼きばめツールホルダーには 1 つのサイズのツールのみが適合します。 工具シャンクがすべて同じサイズであるエンドミル加工には非常に実用的なシステムです。

CM：油圧チャックについて教えてください。

バーリー:油圧チャンバーは油圧チャックの内部にあります。 ピストンが圧縮されると、ツールホルダーの穴の周りの作動油が圧縮されて、非常に強力なクランプ力が得られます。 1 本の六角ネジでツールをクランプおよびアンクランプします。(図 8 を参照)。

CM：最も人気のあるチャックは何だと思われますか？

図3a。 HSK ホルダは CAT タイプや BT タイプに比べてテーパが浅くなっています。

バーリー:ミーリングチャック(図9を参照) 。 ロールロックベアリングシステムで動作します。 ナットが締め付けられると、ツールホルダーの穴が圧縮されて、非常に高い剛性係数が得られます。 このタイプのツールホルダは通常、他のツールホルダよりも 2 倍優れています。 少し高価ですが、コレットの使用が可能になります。 ツールを固定するために必要なのはクランプレンチだけです。

このミーリング チャックは、ラフィング エンドミル ホルダー、スロッティング カッター、さらにはフェース ミルと組み合わせて使用​​する場合でも、市場の他の製品よりも高い生産性を備えています。 ドリルで使用するのは第一選択ではありません。

CM：他に議論すべきツールホルダーはありますか?

Burley: 円筒シャンクツールホルダの他に、フェースミルの標準であるシェルミルホルダのようなシステムもあります。 締め付けには、メーカーの仕様に応じて、ミルロックネジまたはソケットヘッドキャップネジが使用されます。

その後、旋削とフライス加工を行う多軸加工機などの新しいテクノロジーにより、両方の切削プロセスに対応できるツールホルダーが導入されました。(図 10 を参照)。

CM：どうやって選びますか？

バーリー:特に、より高い材料除去率とより優れた表面仕上げを実現するテクノロジーでは、費やした金額に応じたパフォーマンスの品質が決まります。 安価なシステムには多くのパフォーマンスを期待しないでください。 投資を増やすと、システムのパフォーマンスが向上し、振れが減少するため工具寿命が長くなります。

0.0001 インチの振れごとに、工具寿命が 20% 増加または減少すると言いたいのです。 たとえば、3/8インチを置いた場合。 使用前にコレットチャックにドリルで穴を開け、振れを0.0005インチにしてください。 しかし、振れが 0.0004 インチに減少すると、工具寿命は 20% 増加します。 逆に、0.0005 インチから 0.0006 インチにすると、工具寿命は 20% 減少します。

切削工具は高価な場合があり、寿命を全うする前に廃棄するとコストがかさんでしまいます。 高精度のツールホルダにもう少しお金を払っても、十分な ROI が得られ、結果として配当が得られます。

CM：次は何ですか？

図3b。 溝や穴のないHSK-Fタイプは、小型機械の高速加工に適しています。

バーリー:大きな問題は、進化する工作機械に基づく次の標準が何になるかということです。 ツールホルダーのインターフェースはどのように変わりますか? それは現在のシステムに対する大幅な変更または改善になりますか?

現時点では、地平線に記念碑的なものは何も見えません。

Big Kaiser Precision Tooling Inc.、888-866-5776、www.us.bigkaiser.com